(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211083444.7 (22)申请日 2022.09.06 (71)申请人 青岛理工大 学 地址 266520 山东省青岛市 市北区抚顺路 11号 申请人 中国建筑第五工程局有限公司 (72)发明人 于广明　张鹏辉　雷军　彭斌　 刘浩　陈泽　邝利军　罗伟庭　 杨子汉　张力　杨鑫汪　 (74)专利代理 机构 重庆智慧之源知识产权代理 事务所(普通 合伙) 50234 专利代理师 高彬 (51)Int.Cl. E21D 9/08(2006.01) E21D 9/12(2006.01)E21F 17/18(2006.01) E21F 17/00(2006.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 土压平衡盾构机带压更换螺旋机时的压力 平衡确定方法 (57)摘要 本发明涉及盾构机技术领域， 特别涉及土压 平衡盾构机带压更换螺旋机时的压力平衡确定 方法； 包括： 土仓密闭性施工阶段； 螺旋机 更换阶 段； 回复掘进阶段。 本发明涉及的土压平衡盾构 机带压更换螺旋机时的压力平衡确定方法， 将带 压更换螺旋机的整个过程分为土仓密闭性施工 阶段、 螺旋机更换阶段以及回复掘进阶段三个阶 段， 通过综合考虑该三个阶段内的压力平衡， 能 够更加准确地保证土压平衡盾构机在带压更换 螺旋机的整个施工过程的安全性， 从而避免出现 诸如地表下沉、 坍塌、 隆起以及开裂等问题。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 115478867 A 2022.12.16 CN 115478867 A 1.土压平衡盾构机带压更 换螺旋机时的压力平衡确定方法， 其特 征在于， 包括： 步骤一、 土仓密闭性施工阶段， 基于地质勘探报告， 建立土压平衡盾构机带压更换螺旋 机时的地质模型简图， 确定掌子面水土压力 分布下限范围A和掌子面水土压力 分布上限范 围值B， 结合盾构机的直径确定不同土 仓内压力值； 步骤二、 螺旋机更换阶段， 在土仓隔板加装压力表， 并设置外界备用空压机， 基于施工 过程的分段控制与总体控制相结合的方式， 分别设置拆卸时压力变化预警值和安装新螺旋 机时仓内压力变化预警值， 并完成新螺 旋机安装； 步骤三、 回复掘进阶段， 调试新螺旋机， 将土仓压力缓慢降低至正常掘进阶段土仓压 力， 并进行盾构机的试复推， 及时判断掌子面前方土体的移动变形情况是否存在异常， 若 无 异常， 则继续进 行复推工作， 若存在异常， 则进 行土仓内加压、 卸压作业， 并维持复推阶段的 压力平衡。 2.根据权利要求1所述的土压平衡盾构机带压更换螺旋机时的压力平衡确定方法， 其 特征在于， 在所述步骤一中， 在所述确定掌子面水土压力 分布下限范围和掌子面水土压力 分布上限范围值步骤之前， 还包括确定地质模型简图中各土层计算自重应力所需的参数， 所述参数包括各土层的重度γ、 各土层的深度h、 地下水位的位置、 地下水到土压平衡盾构 机盾壳上边缘深度h顶、 地下水到土压平衡盾构机盾壳下边缘深度h底、 盾构机盾壳上边缘在 盾构所在地层的深度h(i+1)顶、 盾构机盾壳下边缘在盾构所在地层的深度h(i+1)底以及盾构所 在地层的摩擦角 3.根据权利要求2所述的土压平衡盾构机带压更换螺旋机时的压力平衡确定方法， 其 特征在于， 在所述 步骤一中， 掌子面水土 压力分布下限范围A的计算公式如下： 式中： σ顶和A1均代表盾构机盾壳顶部位置所受的掌子面水土压力的下限值， σ底和A2均代 表盾构机盾壳底部位置所受的掌子面水土压力的下限值， ka代表盾构机所在土层的朗肯主 动土压力系数， hi代表i土层的深度， γi代表i土层的重度， 即掌子 面水土压力分布下限范围为A1≤A≤A2。 4.根据权利要求2所述的土压平衡盾构机带压更换螺旋机时的压力平衡确定方法， 其 特征在于， 在所述 步骤一中， 掌子面水土 压力分布上限范围值B的计算公式如下： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115478867 A 2式中： δ顶和B1均代表盾构机盾壳顶部位置所受的掌子面水土压力的上限值， δ底和B2均代 表盾构机盾壳底部位置所受的掌子面水土压力的上限值， kP位盾构机所在土层的朗肯被动 土压力系数， 即掌子面水土 压力分布上限范围值 为B1≤B≤B2。 5.根据权利要求2所述的土压平衡盾构机带压更换螺旋机时的压力平衡确定方法， 其 特征在于， 在所述 步骤一中， 结合盾构机的直径确定不同土 仓内压力值， 包括： 当盾构机的直径d≤14m时， 土仓内压力值选取min[1.5A2,0.7B2]， 以便保证后续施工过 程中的安全性； 当盾构机的直径d>14m时， 土 仓内压力值选取mi n[Q1,Q2]， 其中， 6.根据权利要求5所述的土压平衡盾构机带压更换螺旋机时的压力平衡确定方法， 其 特征在于， 在所述步骤二中， 基于施工过程的分段控制与总体控制相结合的方式， 分别设置 拆卸时压力变化预警值和安装新螺旋机时仓内压力变化预警值， 并完成新螺旋机安装， 包 括： 当采用1.5A2或Q1作为土仓内压力值时， 则当拆卸螺旋机时造成0.2A2的压力变化时， 采 用外界备用空压机进行仓内加压至1.3A2； 当安装螺旋机过程中造成0.3A2的压力变 化时， 采 用外界备用空压机进行仓内加压至1.3A2， 并保证在新螺旋机安装完成后， 仓内的压力大于 A2； 当采用0.7B2或Q2作为土仓内压力值时， 则 当拆卸螺旋机时造成0.2Mpa的压力变化时， 采用外界备用空压机进行仓内加压0.2Mpa； 当安装螺旋机过程中造成0.3Mpa的压力变化 时， 采用外界备用空压机进行仓内加压至0.3Mpa， 并保证在新螺旋机安装完成后， 仓内的压 力大于A2。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115478867 A 3